锂离子充电电池地位稳定 仍需改革前进

2010-01-07 18:08:12来源: 互联网

      自1992年索尼公司实现锂离子电池的产业化以来,凭借其高比能量、长使用寿命、无记忆效应、安全、可靠且能快速充放电等优势,锂离子电池已成为近年来新型电源技术的发展热点。锂离子电池是绿色环保型无污染充电电池,符合当今各国的能源环保需求,在各行各业的应用迅速增加。目前,锂离子电池已广泛应用于手机、笔记本电脑、数码相机以及MP3等电子产品中,大量取代了镍镉电池和镍氢电池,在这类应用中独占九成之多。此外, 锂离子电池近年在电动汽车等一些大功率电池方面也开始进入实用化。

  2000年以前,日本在锂离子电池方面独霸世界,产量约占全球95% 以上。近年来,随着中国(包括台湾地区)和韩国的迅速崛起,日本一支独秀的格局已被逐渐打破。目前日本锂离子电池的市场份额已跌到60%以下,大体形成三分天下的格局。2008年虽遭遇全球性的金融风暴,但充电电池无论出货量、销售额均比上年还有所增长,不过今年仍将是严峻的一年。未来,各种电动车辆的迅速发展势将成为锂离子电池前进的重要驱动力量。

锂离子电池地位不可动摇

  1989年,小容量的纽扣型锂电池实现了实用化。但在1989年夏连续发生了多起采用锂电池的手机因过热而起火的事故后,1990年初, 业界对于采用锂材料的圆筒形充电电池的实用化前景持消极态度。然而,索尼旗下专门制造电池的索尼能源技术(Sony Energy Tech)公司勇敢打破僵局,于当年2月宣布锂离子充电电池达到了实用水平。

  锂电池引起事故的原因是其将金属锂用作负极材料,在反复充放电后,负极会形成树枝状晶体,使正负极间发生短路,从而引发冒烟起火等状况。而锂离子充电电池则在正负两极都不采用金属锂,其正极采用LiCoO2(钴酸锂)合金材料,负极采用焦炭类碳材料。这确保了电池的安全性,从而实现了圆筒型锂电池。

  但是,实用化之初的锂离子电池的性能并没有明显优于当时的主要竞争产品——镍氢充电电池(见表1)。例如,1993年初的锂离子充电电池单位体积的能量密度为220Wh/L(此为直径18mm×长65mm的圆筒型电池的数值,下同),仅比镍氢电池的180Wh/L 高约20%。而且,锂离子充电电池还有很多缺点,如“与干电池之间没有电压兼容性”、“充电控制困难”、“内阻高,无法以大电流充放电”、“难于并联,很难实现大容量电池组”等。

 

表1 锂离子充电电池与其它电池的比较

      但是,手机和摄像机等厂商对锂离子充电电池重量较轻的特点情有独钟。按单位重量的能量密度而论, 锂离子电池比镍氢充电电池约高一倍,可达115Wh/kg。也就是说,在相同的能量容量下,锂离子电池组的重量可减轻约一半。因此,在便携设备厂商的特别青睐下,1991年后采用锂离子充电电池的产品相继上市, 并十分走俏。此后,松下电池工业公司于1992年,日本电池公司于1993 年,三洋电机、日立以及加拿大Moli Energy(1990)于1994年相继投产,确立了锂离子充电电池在便携电子设备市场上不可动摇的地位。

提高安全性 避免事故再次发生

  1990年以后,锂离子充电电池基本上一直沿着高密度和确保安全性这两条主线而发展。为了推进产品的小型轻量化,便携电子设备厂商强烈要求提高电池的能量密度。但是,密度越高,起火冒烟的危险性也就越高。事故绝对不可以再次发生!1989年夏的起火事故在电池技术人员的心里挥之不去:如果再发生事故,采用锂材料的充电电池将前途尽毁。

  为此,在锂离子充电电池实用化之初,电池厂商便对其实施了被称为“过保护”的严格安全对策。为了在电池因误操作而陷入过放电/过充电的状态时也能确保安全,厂商为电池配置了三种安全结构:PTC(正温度系数)热敏电阻、安全阀、隔膜。图1给出一种安全电路示例,当检测到异常的温度上升时,能够以电气方式切断电池单元的负载,避免发生危险。

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关键字:锂离子电池  充电电池  电动汽车

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2010/0107/article_1595.html
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